市域鐵路靈昆修造基地工藝設(shè)計(jì)創(chuàng)新與實(shí)踐

熊 盛

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)掀起市域鐵路的建設(shè)高潮，總結(jié)城市軌道交通前期建設(shè)經(jīng)驗(yàn)為減少車(chē)輛的遠(yuǎn)距離輸送，采取到當(dāng)?shù)亟◤S；隨著線路的運(yùn)營(yíng)，新造車(chē)輛需求減少，各地地鐵車(chē)輛基地閑置或虧損比較普遍。溫州靈昆車(chē)輛維修基地是我國(guó)首個(gè)市域鐵路線網(wǎng)的唯一車(chē)輛檢修基地，設(shè)計(jì)初期就創(chuàng)新地提出“修造合一”的理念，即為響應(yīng)地方“溫州車(chē)，溫州造”的產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展要求[1-3]，同時(shí)也致力于解決類(lèi)似地鐵車(chē)輛基地閑置的情況，解決城軌車(chē)輛新造產(chǎn)能富余的問(wèn)題。

靈昆修造基地作為我國(guó)市域D型車(chē)高級(jí)修基地，在設(shè)計(jì)中充分考慮了國(guó)鐵動(dòng)車(chē)段(所)和地鐵車(chē)輛維修基地的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，從工藝仿真分析、總圖、總裝庫(kù)房和實(shí)驗(yàn)庫(kù)房等方面重點(diǎn)研究和設(shè)計(jì)，為我國(guó)正在興起的市域鐵路規(guī)劃建設(shè)提供了參考及示范。

1 修造基地設(shè)計(jì)概況

靈昆修造基地具體選址在溫州市甌江口產(chǎn)業(yè)新區(qū)，選址地塊為人工填海區(qū)，按功能劃分為運(yùn)用檢修生產(chǎn)區(qū)和修造生產(chǎn)區(qū)。修造生產(chǎn)區(qū)以室外移車(chē)臺(tái)為中軸線來(lái)布局流水修工藝廠房，移車(chē)臺(tái)西側(cè)設(shè)總裝廠房(內(nèi)設(shè)12臺(tái)位總裝庫(kù)、物流倉(cāng)庫(kù)、配線裝配庫(kù)和3層邊跨)、轉(zhuǎn)向架檢修庫(kù)、部件檢修庫(kù)、靜調(diào)庫(kù)、整列淋雨線、存車(chē)線等設(shè)施，以該庫(kù)為修造組合廠房的核心，兩端設(shè)置移車(chē)臺(tái)。移車(chē)臺(tái)東側(cè)設(shè)涂裝庫(kù)、單車(chē)試驗(yàn)庫(kù)、整車(chē)稱(chēng)重、淋雨試驗(yàn)線等設(shè)施(見(jiàn)圖1)。

圖1 基地總平面布置Figure 1 General layout of the depot

2 修造基地總圖布置

2.1 工藝內(nèi)容分析

靈昆修造基地承擔(dān)溫州市域鐵路線網(wǎng)的全部配屬車(chē)輛的高級(jí)修和新造。市域D型車(chē)作為一種全新的市域車(chē)型，采用了五級(jí)檢修的修程修制體系。相比地鐵及高鐵，市域鐵路具備自身的特點(diǎn)，其車(chē)輛的最高運(yùn)營(yíng)速度一般介于100～160 km/h，具有長(zhǎng)線路持續(xù)高速運(yùn)營(yíng)、快啟快停(0.8～1.0 m/s2)、啟停頻繁、載客量大等特點(diǎn)[4]。

根據(jù)運(yùn)用特點(diǎn)，市域鐵路車(chē)輛的高級(jí)修相較于國(guó)鐵或者地鐵來(lái)說(shuō)，檢修工藝做了相應(yīng)調(diào)整。市域車(chē)輛三級(jí)修不同于國(guó)鐵，采用了車(chē)體解編的工藝(見(jiàn)圖2)[5]。

圖2 三級(jí)修工藝流程Figure 2 The grade-three maintenance process

四、五級(jí)修所涉及的主要檢修內(nèi)容包含了三級(jí)修的所有內(nèi)容，另外還需對(duì)車(chē)內(nèi)設(shè)備、車(chē)鉤緩沖器、車(chē)門(mén)、空調(diào)、轉(zhuǎn)向架、牽引制動(dòng)、輔助系統(tǒng)等各系統(tǒng)進(jìn)行全面分解檢修。相較四級(jí)修，五級(jí)修的部件檢修更加深化和細(xì)化，另需完成列車(chē)管理系統(tǒng)的更換(見(jiàn)圖3、4)。

圖3 四級(jí)修工藝流程Figure 3 The grade-four maintenance process

市域車(chē)輛新造工藝包括車(chē)體、轉(zhuǎn)向架、涂裝、總裝、單車(chē)試驗(yàn)和調(diào)試等(見(jiàn)圖5)。其中，車(chē)體和轉(zhuǎn)向架的制造工藝復(fù)雜，工藝設(shè)備設(shè)施昂貴，建設(shè)投資很高，在產(chǎn)能不高的情況下，車(chē)體和轉(zhuǎn)向架一般由車(chē)輛廠提供。因此，車(chē)輛修造基地的新造工藝主要為車(chē)輛的總裝工藝、涂裝工藝和調(diào)試工藝。

圖5 車(chē)輛新造工藝流程Figure 5 Vehicle manufacturing technological process

市域車(chē)輛完成單編組新造組裝后，在調(diào)試庫(kù)內(nèi)完成列車(chē)的組編和靜態(tài)調(diào)試，自走行經(jīng)過(guò)基地咽喉至試車(chē)線上，完成動(dòng)態(tài)調(diào)試并最終上線運(yùn)營(yíng)[6-8]。

圖4 五級(jí)修工藝流程Figure 4 The grade-five maintenance process

2.2 基地總圖設(shè)計(jì)

靈昆修造基地位于靈昆島的跨海路東側(cè)，場(chǎng)地東端直抵靈昆島海堤，原地貌為灘涂地，規(guī)劃為靈昆島溫州沿海產(chǎn)業(yè)區(qū)的中心地帶。選址的自然地質(zhì)條件為經(jīng)人工吹填形成的沿海灘涂地，勘察資料顯示，場(chǎng)地內(nèi)表層為3～6 m的吹填淤泥土，中部為約40 m的淤泥，局部夾粉砂，其下為約20 m的軟塑狀黏土，底部細(xì)圓礫土。

對(duì)廠區(qū)內(nèi)道路及場(chǎng)坪沉降控制標(biāo)準(zhǔn)低的區(qū)域，采用堆載預(yù)壓結(jié)合塑料排水板處理；對(duì)有砟軌道區(qū)的承載力和沉降要求較高的區(qū)域，創(chuàng)新地提出了“長(zhǎng)板短樁”結(jié)合堆載預(yù)壓的處理方案；由于庫(kù)房及檢修車(chē)輛設(shè)備基礎(chǔ)精度要求高，新造和檢修庫(kù)房結(jié)構(gòu)形式采用了150 mm厚零層板結(jié)合超長(zhǎng)管樁(78 m)的方案。場(chǎng)地填筑的穩(wěn)定性和不同工程的沉降控制是修造基地工程建設(shè)的關(guān)鍵，直接影響后續(xù)廠房的建設(shè)與使用，影響設(shè)備的安裝與運(yùn)行。根據(jù)不同建筑物需求，優(yōu)化地基處理方案，對(duì)保證工程安全、控制工程投資具有重要的意義。

維修車(chē)輛由基地北側(cè)溫州市域鐵路 S1線靈昆車(chē)輛段整列自走行進(jìn)入檢修基地檢修，新造車(chē)輛由汽運(yùn)車(chē)體經(jīng)龍門(mén)吊卸車(chē)后進(jìn)入各級(jí)庫(kù)房組裝，檢修和新造列車(chē)進(jìn)入基地的徑路互不干擾?？傃b、靜調(diào)、涂裝和單車(chē)試驗(yàn)庫(kù)房以移車(chē)臺(tái)為中軸線分布兩側(cè)，車(chē)輛在不同庫(kù)房之間的流轉(zhuǎn)采用移車(chē)臺(tái)分節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)，以移車(chē)臺(tái)替代車(chē)輛自走行完成流水修，省去了高級(jí)修庫(kù)前股道咽喉區(qū)用地，極大地節(jié)省了基地用地以及地基處理費(fèi)用。建成后的靈昆修造基地如圖6所示。

圖6 建成后的靈昆修造基地Figure 6 Lingkun maintenance base after completion

3 檢修和新造工藝融合

靈昆修造基地作為市域 D型車(chē)高級(jí)修的首次嘗試，創(chuàng)新地將車(chē)輛新造和檢修相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛基地在全生命周期內(nèi)資源的高效利用。溫州地區(qū)規(guī)劃3條市域鐵路，里程共計(jì)137 km，整體線網(wǎng)規(guī)模對(duì)于新車(chē)需求有限，定位為“溫州車(chē)，溫州造”的靈昆修造基地，車(chē)輛新造設(shè)施的后期資源利用成為項(xiàng)目設(shè)計(jì)初期就需要考慮的問(wèn)題?；谛略煨枨蟮目傃b、涂裝和調(diào)試工藝版塊，設(shè)置有總裝庫(kù)、涂裝及單車(chē)試驗(yàn)庫(kù)和靜調(diào)庫(kù)。

在總裝庫(kù)與配管配線及配臺(tái)中心合建的組裝聯(lián)合廠房?jī)?nèi)，主要完成車(chē)輛組裝和配線拼裝。其中，總裝庫(kù)長(zhǎng)220 m，寬18 m，庫(kù)內(nèi)設(shè)置2條股道，每股道6個(gè)臺(tái)位，共12個(gè)臺(tái)位(見(jiàn)圖7)。配管配線及配臺(tái)中心庫(kù)與總裝庫(kù)同長(zhǎng)220 m，寬24 m，配管配線在廠房東側(cè)，完成各類(lèi)大線、小線存放與下料，配臺(tái)中心用于組裝用材料及零部件的存放，聯(lián)合廠房北側(cè)設(shè)置3層的車(chē)間輔助用房?？傃b臺(tái)位庫(kù)房尾部設(shè)置室內(nèi)移車(chē)臺(tái)，總裝庫(kù)內(nèi)形成U型流水修的整體工藝方案。

圖7 總裝庫(kù)Figure 7 Assembly depot

涂裝庫(kù)與單車(chē)試驗(yàn)庫(kù)合建，其中涂裝庫(kù)庫(kù)長(zhǎng)60 m，寬30 m。庫(kù)內(nèi)共布置3股道，由北到南布置如下：第1股道設(shè)防寒材臺(tái)位及準(zhǔn)備臺(tái)位各1個(gè)，第2股道設(shè)油漆及準(zhǔn)備臺(tái)位各1個(gè)，第3股道設(shè)地板布及準(zhǔn)備臺(tái)位。單車(chē)試驗(yàn)廠房長(zhǎng)60 m，寬33 m，庫(kù)內(nèi)布置3條鐵路線，設(shè)整備、落車(chē)、準(zhǔn)備、稱(chēng)重、限界、淋雨臺(tái)位各1個(gè)，交驗(yàn)臺(tái)位3個(gè)。

三級(jí)修車(chē)輛需拆離轉(zhuǎn)向架和電氣柜等進(jìn)行分解檢修，完成檢修后重新進(jìn)行組裝(即電氣柜等安裝和落車(chē))；四、五級(jí)修除以上部件外，還需將所有其他零部件從車(chē)體上分解拆離，進(jìn)行部件的分解和檢修，車(chē)體完成涂裝后，安裝檢修后的(或更換新的)零部件。除分解和部件檢修外，三、四、五級(jí)修車(chē)輛總裝各工藝均可在新造車(chē)輛總裝廠房?jī)?nèi)完成，所需設(shè)備配備基本一致，可進(jìn)行整合。

車(chē)輛三、四、五級(jí)修與新造在完成組裝后，均需進(jìn)行落車(chē)、淋雨(見(jiàn)圖8)、檢查、交車(chē)、稱(chēng)重等試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容與流程均一致，所需設(shè)備設(shè)施均相同，可以整合，新造和檢修單車(chē)的試驗(yàn)設(shè)施可以共用。由于部分工位無(wú)法采用雙班制，檢修能力的配置上需要適當(dāng)考慮新造與檢修需求重疊的因素，核算廠房能力和規(guī)模。

圖8 淋雨臺(tái)位Figure 8 Rain test device

新造車(chē)輛的涂裝工藝包括防寒材安裝、二遍面漆、分色、地板布鋪裝，檢修車(chē)輛的涂裝工藝包括面漆打磨、膩?zhàn)诱已a(bǔ)、局部防寒材安裝和地板布檢修等。新造時(shí)二遍面漆和分色作業(yè)在面漆噴漆臺(tái)位完成，檢修時(shí)面漆打磨可在二遍面漆噴漆臺(tái)位完成；面漆打磨后破損的膩?zhàn)訉涌稍谕垦b臺(tái)位上人工進(jìn)行找補(bǔ)，完成后仍需在涂裝臺(tái)位進(jìn)行二遍面漆的重新噴涂和分色；其余防寒材安裝和地板布鋪裝臺(tái)位，均可同時(shí)滿足新造和檢修需求(見(jiàn)圖9)。

圖9 油漆臺(tái)位Figure 9 Painting device

對(duì)三、四、五級(jí)檢修工藝和新造工藝詳細(xì)分析，提出了新造車(chē)輛和三、四、五修的總裝、涂裝、單車(chē)試驗(yàn)、編組靜調(diào)及物流部分廠房可兼容共享。在總圖布置中，將新造和檢修相同的工藝設(shè)施集中布置，主要體現(xiàn)為總裝、涂裝以及單車(chē)調(diào)試工藝，減少車(chē)體取送次數(shù)以及運(yùn)輸距離，提高檢修和新造工藝的效率，圖10、11分別給出了完成新造和檢修工藝的市域車(chē)輛，在修造基地內(nèi)的流水高級(jí)修和新造工藝流線。新造和檢修車(chē)輛分別從東西兩側(cè)采用自走行和起重機(jī)落車(chē)的方式送入基地，作業(yè)相互獨(dú)立、互不干涉。檢修車(chē)體經(jīng)解編分解后按市域車(chē)輛檢修作業(yè)流程，與新造車(chē)體混編進(jìn)入總裝、涂裝、單身試驗(yàn)庫(kù)房。在庫(kù)內(nèi)同時(shí)完成檢修和新造作業(yè)。

圖10 四、五級(jí)修工藝流線Figure 10 Process flowcharts for grade-four and grade-five maintenance

在市域新造工藝和高級(jí)修中，總裝、涂裝和調(diào)試中的設(shè)備設(shè)施基于“車(chē)輛解編，分體檢修”的工藝流線理念，可實(shí)現(xiàn)資料共享，具體指3層工作平臺(tái)、噴漆臺(tái)位、淋雨臺(tái)位、落車(chē)臺(tái)位、稱(chēng)重臺(tái)位、靜調(diào)電源等均可實(shí)現(xiàn)資源的共享共用，實(shí)現(xiàn)新造設(shè)施在檢修中的 100%利用，避免了后期新造設(shè)施閑置。同時(shí)，靈昆修造基地地處沿海灘涂，地質(zhì)條件為深厚軟土，軟基處理費(fèi)用較高，“車(chē)輛解編，分體檢修”的工藝?yán)砟羁墒∪ジ呒?jí)修庫(kù)前咽喉股道，在不影響工藝效率的前提下，節(jié)省項(xiàng)目工程投資。

圖11 新造工藝流線Figure 11 New manufactury technology flowchart

工藝流線圖中給出的移車(chē)臺(tái)作為車(chē)輛在各個(gè)臺(tái)位之間流轉(zhuǎn)的“大動(dòng)脈”，工藝設(shè)計(jì)時(shí)選用了雙列位移車(chē)臺(tái)，旨在提高車(chē)輛在各個(gè)庫(kù)房間轉(zhuǎn)運(yùn)的效率，防止因移車(chē)臺(tái)轉(zhuǎn)運(yùn)而制約整體流水修造工藝效率。

4 BIM工藝仿真設(shè)計(jì)

檢修工藝和修造工藝的融合，其關(guān)鍵是保證兩種工藝設(shè)施設(shè)備的和諧共用?；毓に囋O(shè)計(jì)常采用二維平面 CAD表達(dá)，難以直觀反映錯(cuò)綜復(fù)雜的三維空間工程問(wèn)題。本研究采用Bentley公司的MicroStation軟件，運(yùn)用建筑信息模型(BIM)技術(shù)，對(duì)檢修工藝進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬，模擬真實(shí)的檢修環(huán)境，驗(yàn)證和校正整修“修造合一”的工藝工程方案[9-10]。

重點(diǎn)對(duì)總裝、涂裝和單車(chē)試驗(yàn)工藝進(jìn)行三維模擬仿真，對(duì)3層工作平臺(tái)、淋雨設(shè)備、噴漆設(shè)備、限界門(mén)、平衡軌以及稱(chēng)重試驗(yàn)等設(shè)備的共享方案進(jìn)行了三維模擬研究。圖12給出了總裝臺(tái)位的模擬仿真新造，以及檢修車(chē)體通過(guò)工藝轉(zhuǎn)向架實(shí)現(xiàn)車(chē)體在不同工位的流轉(zhuǎn)。

圖12 總裝工藝仿真Figure 12 Assembly process simulation

新造和檢修車(chē)體合理共用移動(dòng)架車(chē)機(jī)，實(shí)現(xiàn)車(chē)體落車(chē)或者轉(zhuǎn)向架拆裝設(shè)施，整體工藝順暢(見(jiàn)圖13)。

圖13 落車(chē)工藝仿真Figure 13 Alighting process simulation

三維工藝模擬仿真技術(shù)直觀清晰，驗(yàn)證和展示了“修造合一”整體工藝方案的可行性，同時(shí)BIM設(shè)計(jì)驗(yàn)證有效避免了平面二維圖紙的一些“差、錯(cuò)、碰、漏”，具體到如室內(nèi)移車(chē)臺(tái)設(shè)備基礎(chǔ)與變電所地梁的結(jié)構(gòu)沖突。

5 結(jié)語(yǔ)

靈昆修造基地作為國(guó)內(nèi)首個(gè)市域鐵路的新造和高級(jí)修基地，基于經(jīng)濟(jì)性、集約型的總體設(shè)計(jì)理念，提出了“修造合一”的整體工藝布局，是市域鐵路高級(jí)修創(chuàng)新實(shí)踐的一次成功探索，對(duì)后期市域鐵路車(chē)輛基地設(shè)計(jì)具有借鑒意義。

2014年9月，市域D型車(chē)作為溫州市域鐵路四大關(guān)鍵技術(shù)之一，列入國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)示范工程。靈昆車(chē)輛修造基地項(xiàng)目截止到2019年12月，已完成新造市域D型車(chē)64輛，并具備新造(組裝)市域車(chē)輛120輛/年，三級(jí)修 20列(120輛)/年，四、五級(jí)修20列(120輛)/年的能力。溫州靈昆車(chē)輛維修基地的建成運(yùn)營(yíng)，標(biāo)志著我國(guó)市域鐵路動(dòng)車(chē)組安全運(yùn)維集成技術(shù)已經(jīng)形成，對(duì)構(gòu)建我國(guó)交流市域動(dòng)車(chē)組運(yùn)用檢修體系起到了關(guān)鍵作用，也為后續(xù)同類(lèi)工程的建設(shè)起到了很好的借鑒和指導(dǎo)作用。項(xiàng)目成果直接應(yīng)用于北京、上海、臺(tái)州、蘇州等地的多個(gè)市域鐵路項(xiàng)目，取得了良好的社會(huì)效益。